DE1628332B2 - Rotationskolbenpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolbenpumpe mit ringförmigem Arbeitsraum, in dem ringsektorförmige, mit einem Rotor formschlüssig kuppelbare Kolben teils in einem Wartebereich stillstehen und teils in einem Arbeitsbereich vom Rotor mitgenommen werden, der einen Nabenteil aufweist, an dem die Kolben durch Einrastung vorübergehend festgehalten werden.

Bei einer derartigen bekannten Pumpe (DT-PS 06 911) sind mindestens zwei Kolben vorgesehen, von denen jeweils einer über ein Mitnehmerrad mit der Antriebswelle gekuppelt ist, während der andere KoI-ben, den ringförmigen Arbeitsraum abschließend, gerade zwischen Einströmöffnung und Ausströmöffnung festgehalten ist. Das Mitnehmerrad ragt bei dieser Pumpe in den ringförmigen Arbeitsraum und greift

durch einen Schlitz tief in die Kolben ein, welche über radial bewegliche Stifte mit dem Mitnehmerrad oder mit dem Pumpengehäuse gekuppelt werden. Diese Pumpe hat den Nachteil, daß die Kolben zur Erzielung einer ausreichenden Abdichtung und guten Führung im Ringraum in Umlaufrichtung relativ groß ausgeführt werden müssen. Hierdurch werden die Kolben auch schwer, was zur Folge hat, daß beim Einkuppeln der Kolben und zum schlagartigen Beschleunigen derselben sehr große Kräfte erforderlich sind. Die bekannte Pumpe kann deshalb nur mit sehr geringer Drehzahl betrieben werden und die Kupplungsorgane unterliegen einem hohen Verschleiß.

Bei einer anderen bekannten Pumpe (DT-PS 6 06 317) weisen die Kolben auf der in der Bewegungsrichtung hinten liegenden Seite eine schwenkbare Klinke auf, die in der einen Stellung mit einer Nase in eine Rast des Pumpengehäuses einschnappt, so daß der Kolben stillsteht, und in der anderen Stellung mit einer Nase in einer Rast der Nabe bzw. des Rotors eingreift, so daß der Kolben vom Rotor mitgenommen wird. Auch bei dieser Pumpe müssen die Kolben in Umlaufrichtung sich erstreckende, relativ große Abmessungen haben, was zu den oben geschilderten Nachteilen führt.

Die bekannten Pumpen dieser Art haben den weiteren Nachteil, daß die Kupplungselemente sehr robust ausgebildet werden müssen, und daß eine zuverlässige Abdichtung der Arbeitsräume nur schwer erreicht werden kann.

Erwähnt sei noch, daß bei einer bekannten Flüssigkeitspumpe (GB-PS 7 02 107) mit absatzweise stillstehenden und in der Rotordrehung mitgenommenen plattenförmigen Kolben diese Kolbenplatten mit Hilfe von seitlichen, an ihren radial äußeren und inneren Endseiten sowie in ihrem radial mittleren Bereich abstehenden Ansätzen teils in Nuten in einer Gehäusestirnwand und teils in Nuten geführt sind, die in Seitenwänden des Rotors eingelassen sind. Mit Hilfe dieser Ansätze und Nuten werden die Kolben auch beim Ein- und Auskuppeln mit dem Rotor in radialer Richtung bewegt. Weitere Vorrichtungen zum Ein- und Auskuppeln befinden sich an den inneren Gehäusestirnwänden. Die Rotorseitenscheiben reichen nicht bis zur. Umfangswand des Förder- bzw. Arbeitsraums und dekken diesen und die Verdrängerzellen nur zum Teil stirnseitig ab. Der Rotor bei dieser bekannten Maschine hat auch keine eigentliche Nabe, vielmehr sind in seinem nabenähnlichen inneren Teil axiale und radiale Kanäle für die Zu- und Ableitung der Förderflüssigkeit in die zwischen den Plattenkolben entstehenden Verdrängerzellen ausgebildet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationspumpe der eingangs beschriebenen Art derart zu gestalten, daß die beim Einkuppeln der Kolben auftretenden Kräfte klein bleiben, daß besonders günstige Durch-Strömungsverhältnisse der Pumpe erreicht werden, und daß trotz der ruckartigen Beschleunigung und Verzögerung der Kolben eine relativ hohe Lebensdauer aller Pumpenteile gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor noch zwei drehfest mit der Pumpenwelle verbundene und neben den Seitenwänden des Pumpengehäuses umlaufende Seitenscheiben aufweist, daß die von der Nabe bis zur zylindrischen Innenwand des Gehäuses sich erstreckenden Kolben relativ dünn, gleichsam keilplattenartig ausgebildet und in solcher Anzahl vorgesehen sind, daß sie den Hohlraum des Pumpengehäuses zwischen der Auslaßöffnung und der Einlaßöffnung, den sogenannten »Wartebereich«, ausfüllen und daß in der Nabe sowie in den beiden Seitenscheiben Ausnehmungen angeordnet sind, in die jeweils der vor der Einlaßöffnung der Pumpe befindliche Kolben einrastbar und bei Erreichen der Auslaßöffnung ausrastbar ist, und daß im Bereich zwischen Einlaßöffnung und Auslaßöffnung die Innenwand des Gehäuses einen entsprechend der Tiefe der Ausnehmungen geringeren Radius hat als im Bereich zwischen der Auslaßöffnung und der Einlaßöffnung.

Diese Pumpe kann als Verdichter, als Vakuumpumpe und auch als Flüssigkeitspumpe Anwendung finden. Sie arbeitet in der Weise, daß der jeweils vor der Einlaßöffnung stehende flache Kolben mit der sich drehenden Nabe und den beiden Seitenscheiben gekuppelt wird und bis zur Auslaßöffnung mitgenommen wird. Dieser Kolben saugt das zu fördernde Medium durch die Einlaßöffnung an und drückt gleichzeitig das vor ihm befindliche Medium durch die Auslaßöffnung heraus.

Der Arbeitsbereich der Pumpe kann klein und der Wartebereich groß gewählt werden. Diese Aufteilung und die große Anzahl der flachen Kolben haben unter anderem die folgenden Vorteile:

Das die Rotationspumpe durchströmende Medium erfährt geringe Umlenkungen, so daß die Durchströmungsverluste besonders gering sind.

Es können Flüssigkeiten gefördert werden, die sehr empfindlich sind, die z. B. leicht gerinnen oder sonst chemisch verändert werden können und nur mit geringer Geschwindigkeit und mit geringer mechanischer Beanspruchung gefördert werden dürfen.

Die Kolben können infolge ihrer geringen Dicke sehr leicht sein und deshalb auch schlagartig beschleunigt werden. Die Pumpe hat eine relativ lange Lebensdauer, weil jeder Kolben z. B. nur bei jedem sechsten Umlauf des Rotors eingekuppelt wird.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Je nachdem wie groß der Förderbereich gewählt wird, können danach mindestens zwei, vorzugsweise aber drei bis sechs Kolben bei einer Umdrehung der Welle eingekuppelt und ausgekuppelt werden. Das Einkuppeln der Kolben kann bei relativ langsam drehender Pumpenwelle durch das Eigengewicht der Kolben erfolgen oder bei höherer Wellendrehzahl durch Federkraft bewirkt werden, wobei die erforderliche Federkraft der Wellendrehzahl angepaßt werden kann. Das Auskuppeln der Kolben erfolgt selbsttätig durch die Zentrifugalkraft. Während jeweils ein Kolben von der Einlaßöffnung bis zur Auslaßöffnung, d. h. über den Förderbereich transportiert wird, wird der dem Förderbereich gegenüber befindliche Stapel von keilplattenförmigen Kolben um einen Kolben in Drehrichtung bewegt. Dieses Bewegen des Kolbenstapels erfolgt durch den auf dem letzten Kolben des Stapels lastenden Druck und gegebenenfalls durch die zwischen den Seitenkanten der Kolben und den Innenflächen der Seitenscheiben wirkenden Reibungskräfte.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt der Pumpe nach der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig.3 einen Längsschnitt durch die Pumpe gemäß der Linie Α-Bin F i g. 2.

Die dargestellte Pumpe besteht aus einem Pumpen-

gehäuse 1 mit den Seitenwänden 2 und 3 und der zylindrischen Umfangswand 4, in der die Einlaßöffnung 5 und die Auslaßöffnung 6 angeordnet sind, aus einer Pumpenwelle 7, auf der eine Nabe 8 befestigt ist, die zwei Seitenscheiben 9 und 10 trägt, die mit axialem Spiel zwischen den Seitenwänden 2 und 3 des Gehäuses 1 umlaufen, und aus einem Stapel keilplattenartiger Kolben 11, die zwischen den Seitenscheiben 9 und 10 im wesentlichen radial zur Pumpenwelle 7 befindlich angeordnet sind.

In der Nabe 8 sind nutartige Ausnehmungen 12 und am Umfang der Seitenscheiben 9,10 Ausnehmungen 13 vorgesehen, in die jeweils der vor der Einlaßöffnung 5 stehende Kolben 11' einrasten kann, so daß er von der Einlaßöffnung 5 bis zur Auslaßöffnung 6 mit der Nabe und den Seitenscheiben 9, 10 gekuppelt ist. Dabei wird er durch sein Gewicht oder mittels einer Leiste 31 durch die Kraft einer oder mehrerer Federn 16 mit seiner unteren Kante 17 in die betreffende nutartige Ausnehmung 12 der Nabe 8 gedruckt. Gleichzeitig rastet der Kolben W mit seitlichen Ansätzen 18 in zueinander koaxial liegende Ausnehmungen 13 am äußeren Rand der Seitenscheiben 9, 10 ein. Der Kolben 11' wird nun von der Nabe und den Seitenscheiben in der Drehbewegung in Pfeilrichtung mitgenommen und gleitet mit seiner äußere.i Fläche bzw. Schmalseite 15 dichtend entlang der Innenwand 20 eines Futters 14, das im Förderbereich, d. h. zwischen der Einlaßöffnung 5 und der Auslaßöffnung 6 an der zylindrischen Wand 4 des Gehäuses 1 angebracht ist. Im Bereich der Einlaßöffnung 5 und vor der Auslaßöffnung 6 sind rampenartige Übergangszonen 21 und 22 angeordnet, die einen stufenlosen Übergang von der zylindrischen Innenfläche bzw. -wand 23 des Gehäusewandteils 4 zu dem im Radius kleineren Innenwandteil 20 im Förderbereich bzw. umgekehrt bewirken.

Der gerade eingerastete, im Förderbereich befindliche Kolben 11" erzeugt hinter sich einen Unterdruck und saugt durch die Einlaßöffnung 5 das zu fördernde Medium an, während er gleichzeitig das vor ihm befindliehe Medium aus der Auslaßöffnung 6 herausdrückt.

Bei jeder Umdrehung der Welle 7 werden — entsprechend der Anzahl von je fünf in gleichen Abständen auf der Nabe 8 und den Seitenscheiben 9, 10 angeordneten Ausnehmungen 12, 13 — jeweils fünf KoI-ben 11 von der Einlaßöffnung 5 bis hinter die Auslaßöffnung 6 transportiert. Es wird also je Umdrehung ein Volumen gefördert, das dem Volumen des Pumpengehäuses 1 abzüglich dem Volumen der Seitenscheiben 9,10 und der Nabe 8 entspricht.

Die Ausnehmungen 13 an den äußeren Rändern der Seitenscheiben 9 und 10, in die die seitlichen Ansätze 18 der Kolben 11 eingreifen, sind zu den nutartigen Ausnehmungen 12 der Nabe 8 um einige Grade, z. B. 12", in Drehrichtung versetzt, so daß die Kolben 11 nicht radial, sondern um einen entsprechenden Winkel in Drehrichtung geneigt im Pumpengehäuse stehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß trotz des notwendigen Spiels die äußere Fläche 15 des Kolbens 11" stets dichtend an der Innenfläche bzw. dem Wandteil 20 anliegt. Der hinter dem fördernden Kolben 11" sich bildende Unterdruck zieht den Kolben 11" keilartig mit der iiuUcrcn Fläche 15 gegen die Innenfläche 20 und mit der schrägen Fläche 25 an der inneren Kante 17 gegen die hintere, schräge Fläche 26 der nutartigen Ausnehmungen 12.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind im Pumpengehäuse einunddreißig Kolben W vorgesehen, von denen höchstens zwei Kolben W und 11" gleichzeitig im Eingriff mit der Nabe 8 und den Seitenscheiben 9, 10 sind. Erreicht ein Kolben 11" die Auslaßöffnung 6, dann wird er selbsttätig ausgekuppelt, weil dort die Innenwand 20 über die Übergangszone 22 auf den größeren Radius der zylindrischen Innenfläche 23 übergeht und der Kolben 11" von der Zentrifugalkraft nach außen bewegt wird. Ferner wird das Auskuppeln auch von den schrägen Flächen 25 und 26 an den unteren Kanten 17 der Kolben 11 sowie der nutartigen Ausnehmungen 12 und durch die Form der Ausnehmungen 13 sowie der seitlichen Ansätze 18 der Kolben 11 unterstützt. Der eingerastete Kolben W wird von dem auf ihn wirkenden Druck mit der unteren, hinteren Kante oder Fläche 25 dichtend gegen die Mitnehmerfläche 26 der rillenartigen Ausnehmungen 12 gedrückt. Die Seitenflächen des Kolbens 11" liegen ebenfalls dicht an den Seitenscheiben 9, 10 an, weil diese axial verschieblich auf der Welle 7 bzw. auf Wellenhülsen befestigt sind und von Tellerfedern 29 gegen die KoI-ben 11 gedrückt werden. Wenn die Pumpe als Vakuumpumpe arbeitet, wird die dichtende Anlage der Seitenscheiben 9 und 10 an den Seitenflächen des fördernden Kolbens 11" durch den Unterdruck auf der Saugseite herbeigeführt.

Um die Reibungsverluste in der Pumpe klein zu halten, ist der untere Teil des Pumpengehäuses mit einem Schmiermittel, z. B. öl, gefüllt. Ferner können — wie die F i g. 2 und 3 zeigen — in dem Teil des Pumpengehäuses, das der Förderzone gegenüber liegt, in der zylindrischen Innenwand 23 in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 30 angeordnet sein, so daß die aufeinander gleitenden Flächen zwischen den Kolben 11 und der Gehäusewand 4 klein sind. Die Nuten 30 dienen auch als ölsammelraum.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 sollen die Kolben W durch ihr Gewicht in die Ausnehmungen 12, 13 einrasten. Das Pumpengehäuse 1 sollte zweckmäßigerweise um etwa 40 bis 50° nach links gedreht sein, so daß nur der vor der Einlaßöffnung 5 stehende Kolben 1Γ in die Ausnehmungen 12,13 fallen kann.

Bei größeren Drehzahlen ist es notwendig, den vor der Einlaßöffnung 5 befindlichen Kolben 11' durch Federn 16 in die Raststellung zu drücken. Wie Fig.3 zeigt, ist in der zylindrischen Gehäusewand 4 ein radial beweglicher Schieber 31 angeordnet, der von zwei über Schrauben 35 in ihrer Vorspannung einstellbaren Federn 16 zum Zentrum der Pumpe hin gedrückt wird. Die Vorspannung der Federn 16 kann dadurch der erwünschten maximalen Drehzahl angepaßt werden. An den Seiten liegt der Schieber 31 an den Umfangsflächen 33 der Seitenscheiben 9, 10 auf. Im Bereich der Ausnehmungen 13 sind in der Umfangfläche 33 flache Aussparungen 32 vorgesehen, die den Schieber 31 freigeben. Die hinteren zur Umfangsfläche 33 auslaufenden Randflächen 34 der Aussparungen 32 drücken den Schieber 31 in seine Ausgangsstellung zurück. Die Kolben 11 können als Hohlkörper ausgebildet sein. Zwcckmäliigerwcisc bestehen die Kolben 11 aus elastischem Kunststoff, z. B. einem Polyamid.

Hicr/u 3 niatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Rotationskolbenpumpe mit ringförmigem Arbeitsraum, in dem ringsektorförmige, mit einem Rotor formschlüssig kuppelbare Kolben teils in einem Wartebereich stillstehen und teils in einem Arbeitsbereich vom Rotor mitgenommen werden, der einen Nabenteil aufweist, an dem die Kolben durch Einrastung vorübergehend festgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor noch zwei drehfest mit der Pumpenwelle (7) verbundene und neben den Seitenwänden (2, 3) des Pumpengehäuses (1) umlaufende Seitenscheiben (9, tO) aufweist, daß die von der Nabe (8) bis zur zylindrischen Innenwand (20, 23) des Gehäuses (1) sich erstreckenden Kolben (11) relativ dünn, gleichsam keilplattenartig ausgebildet und in solcher Anzahl vorgesehen sind, daß sie den Hohlraum des Pumpengehäuses (1) zwischen der Auslaßöffnung (6) und der Einlaßöffnung (5), den sogenannten »Wartebereich«, ausfüllen und daß in der Nabe (8) sowie in den beiden Seitenscheiben (9, 10) Ausnehmungen (12, 13) angeordnet sind, in die jeweils der vor der Einlaßöffnung (5) der Pumpe befindliche Kolben (1Γ) einrastbar und bei Erreichen der Auslaßöffnung (6) ausrastbar ist und daß im Bereich zwischen Einlaßöffnung (5) und Auslaßöffnung (6) die Innenwand (20) des Gehäuses einen entsprechend der Tiefe der Ausnehmungen (12, 13) geringeren Radius hat als im Bereich zwischen der Auslaßöffnung (6) und der Einlaßöffnung (5).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einlaßöffnung (5) ein durch Federn (16) belasteter axial verlaufender Schieber (31) in der zylindrischen Innenwand (23) des Gehäuses (1) angeordnet, d. h. in einem Gehäuseumfangswandteil (4) eingelassen ist, um den jeweils vor der Einlaßöffnung (5) befindlichen Kolben (1Γ) in die Ausnehmungen (12,13) zu drücken.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (31) seitlich über die Seitenscheiben (9, 10) sich erstreckt und am Umfang (33) der Seitenscheiben (9, 10) jeweils im Bereich der Ausnehmungen (13), jedoch etwas in Drehrichtung versetzt, flache Aussparungen (32) vorgesehen sind, deren hintere zu jenem Umfang auslaufende Randflächen (34) den Schieber (31) in seine Ausgangsstellung zurückdrücken.

4. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Federn (16) am Schieber (31) mittels Schrauben (35) einstellbar ist.

5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Einlaßöffnung (5) eine von der zylindrischen Innenwand (23) des Gehäuses (1) zu dem im Radius kleineren Innenwandteil (20) im Förderbereich stufenlos überleitende Übergangszone (21) angeordnet ist.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Auslaßöffnung (6) eine von dem Innenwandteil (20) mit kleinerem Radius im Förderbereich zu der im Radius größeren zylindrischen Innenwand (23) des Gehäuses (1) stufenlos überleitende Übergangszone (22) angeordnet ist.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Innenwandteils (20) mit kleinerem Radius im Bereich zwi-

sehen der Einlaßöffnung (5) und der Auslaßöffnung (6) auf der zylindrischen Innenwand (23) des Gehäuses (1) ein Futter (14) angeordnet ist, dessen Wanddicke der Tiefe der Ausnehmungen (12, 13) entspricht.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Nabe (8) und jeder Seitenscheibe (9,10) je drei bis sechs Ausnehmungen (12, 13) in gleichen Abständen angeordnet sind und dementsprechend sich der Förderbereich auf 120 bis 60° des Umfanges erstreckt.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pumpe (20 bis 45) vorzugsweise (31) keilplattenartige Kolben (11) vorgesehen sind, deren Vorderflächen und Rückenflächen um 6 bis 12° divergieren.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (13) an den Seitenscheiben (9, 10) im Verhältnis zu den nutartig ausgebildeten Ausnehmungen (12) in der Nabe (8) um 10 bis 20° in Drehrichtung versetzt sind.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ^ dadurch gekennzeichnet, daß die keilplattenartigen Kolben (11) an ihren radial äußeren Schmalseiten bzw. gewölbten Flächen (15) je beidseitig mit axial abstehenden prismatischen Ansätzen (18) versehen sind, mit welchen sie in die Ausnehmungen (13) an der Umfangswand (33) der Seitenscheiben (9, 10) eingreifen bzw. einrasten.

12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die keilplattenartigen Kolben (11) Hohlkörper sind.

13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (11) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Polyamid bestehen.

14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der zylindrischen Innenwand (23) des Gehäuses (1) dem Förderbereich gegenüberliegend in Umfangsrichtung verlaufende Nuten (30) angeordnet sind.

15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenscheiben (9,

10) in geringem Maße axial verschieblich mit der (J Welle (7) oder Nabe (8) verbunden sind und von Tellerfedern (29) stirnseitig gegen die Kolben (11) gedruckt werden.